Способ определения границ раздела сред в сепараторах сырой нефти и устройство для его реализации



Способ определения границ раздела сред в сепараторах сырой нефти и устройство для его реализации
Способ определения границ раздела сред в сепараторах сырой нефти и устройство для его реализации
Способ определения границ раздела сред в сепараторах сырой нефти и устройство для его реализации
Способ определения границ раздела сред в сепараторах сырой нефти и устройство для его реализации

 

G01N23/00 - Исследование или анализ материалов радиационными методами, не отнесенными к группе G01N 21/00 или G01N 22/00, например с помощью рентгеновского излучения, нейтронного излучения (G01N 3/00-G01N 17/00 имеют преимущество; измерение силы вообще G01L 1/00; измерение ядерного или рентгеновского излучения G01T; введение объектов или материалов в ядерные реакторы, извлечение их из ядерных реакторов или хранение их после обработки в ядерных реакторах G21C; конструкция или принцип действия рентгеновских аппаратов или схемы для них H05G)

Владельцы патента RU 2594114:

Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники. Способ определения границ раздела сред в сепараторах сырой нефти включает облучение сепаратора с отстоявшимся скважинным флюидом, регистрацию гамма-квантов и анализ полученных спектров гамма-квантов. Производят пошаговое перемещение сверху вниз вдоль сепаратора лежащей в горизонтальной плоскости сканирующей системы. Система состоит из источника быстрых нейтронов, блока детектирования гамма-квантов и блока детектирования тепловых нейтронов. При фиксированном положении системы облучают сепаратор быстрыми нейтронами. Регистрируют гамма-кванты и тепловые нейтроны. Анализируют спектр гамма-квантов на наличие двух энергетических пиков 6,13±0,62 МэВ от кислорода и 1,78±0,18 МэВ от кремния. Повторяют процедуру в следующем положении сканирующей системы. Делают заключение о наличии границы газ-нефть по факту регистрации тепловых нейтронов. Заключение о наличии границы нефть-вода делают по факту дополнительного обнаружения гамма-квантов от кислорода. Заключение о наличии границы вода-битумы с песком делают по факту обнаружения гамма-квантов от кремния дополнительно к уже перечисленным. Технический результат - расширение диапазона концентраций газа при определении границ раздела сред в сепараторах сырой нефти. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения границ раздела сред газ-нефть, нефть-вода, вода - тяжелые битумы с песком в сепараторах скважинного флюида (сырой нефти).

Известен способ подготовки и измерения дебита продукции нефтяных скважин [патент РФ №2415263 МПК E21B 47/10 «Способ подготовки и измерения дебита продукции нефтяных скважин и устройство для его осуществления (варианты)»]. Способ состоит в разделении скважинного флюида на нефть, воду и газ в сепараторе, сбросе газа в отдельный объем, определении плотности жидкости при сливании из сепаратора и определении объема нефти и воды при прохождении измерительных емкостей.

Недостатком известного технического решения является необходимость слива разделенного флюида для определения границ раздела сред.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ определения фракций фаз текучей среды с использованием рентгеновских лучей, оптимизированный для неосушенного газа [патент РФ №2479835 МПК G01N 23/06 «Устройство и способ определения фракций фаз текучей среды с использованием рентгеновских лучей, оптимизированный для неосушенного газа»]. В известном способе облучают образец флюида с содержанием газа более 90% гамма-квантами высокой и низкой энергии, производят детектирование гамма-квантов в выбранных энергетических диапазонах и определяют объемные фракции газа, нефти и воды по различному поглощению гамма-квантов высокой и низкой энергии в слое флюида.

Недостатком данного способа является его неприменимость для определения границ раздела сред в сепараторах сырой нефти при концентрациях газа менее 90%.

Задача изобретения состоит в исключении указанного недостатка, а именно в расширении диапазона концентраций газа при определении границ раздела сред в сепараторах сырой нефти.

Для исключения указанных недостатков в способе определения границ раздела сред в сепараторах сырой нефти, включающем облучение сепаратора с отстоявшимся скважинным флюидом, регистрацию гамма-квантов и анализ полученных спектров гамма-квантов, предлагается:

- проводить пошаговое перемещение сверху вниз вдоль сепаратора лежащей в горизонтальной плоскости сканирующей системы;

- облучение проводить входящим в состав системы источником быстрых нейтронов при фиксированном положении системы;

- дополнительно регистрировать тепловые нейтроны;

- анализировать спектр гамма-квантов на наличие двух энергетических пиков 6,13±0,62 МэВ от кислорода и 1,78±0,18 МэВ от кремния для каждого положения системы;

- делать заключение о наличии границы газ-нефть по факту регистрации тепловых нейтронов, заключение о наличии границы нефть-вода по факту обнаружения гамма-квантов от кислорода, заключение о наличии границы вода-битумы с песком по факту обнаружения гамма-квантов от кремния.

Сущность способа определения границ раздела сред в сепараторах сырой нефти заключается в следующем.

Производят пошаговое перемещение сверху вниз вдоль сепаратора лежащей в горизонтальной плоскости сканирующей системы. Система состоит из источника быстрых нейтронов 4, блока детектирования гамма-квантов 1 и блока детектирования тепловых нейтронов 2.

Элементы сканирующей системы располагаются в одной горизонтальной плоскости для точного определения границ раздела сред, сформировавшихся под действием гравитационного поля.

При фиксированном положении системы облучают сепаратор 7 быстрыми нейтронами. Регистрируют гамма-кванты и тепловые нейтроны.

Тепловые нейтроны - это замедленные в насыщенных водородом средах (нефть, вода, битумы) быстрые нейтроны.

Активация ядер кислорода-16 (99,762% в природной смеси изотопов) быстрыми нейтронами в реакции 16O(n,p)16N приводит к образованию азота-16, имеющего период полураспада T1/2=7,1 секунды. В результате бета-распада ядер азота-16 образуются возбужденные ядра кислорода-16, которые снимают возбуждение, испуская гамма-кванты (вероятность 69%) с энергией 6,13 МэВ,

Активации ядер кремния (28Si - 92,23% в природной смеси изотопов) быстрыми нейтронами, приводит к образованию 28Al с периодом полураспада 2,26 мин:

Продукт распада 28Al это 28Si*, образующийся в возбужденном состоянии, которое с 100% вероятностью снимается гамма-квантами с энергией 1,78 МэВ.

Указанные гамма-кванты будут формировать пики с спектре с положением вершин пиков 6,13±0,62 МэВ и 1,78±0,18 МэВ соответственно (при точности определения энергии гамма-квантов в 10%).

Анализируют спектр гамма-квантов на наличие двух энергетических пиков 6,13±0,62 МэВ от кислорода и 1,78±0,18 МэВ от кремния. Повторяют процедуру в следующем положении сканирующей системы. Делают заключение о наличии границы газ-нефть по факту регистрации тепловых нейтронов. Заключение о наличии границы нефть-вода делают по факту дополнительного обнаружения гамма-квантов от кислорода. Заключение о наличии границы вода-битумы с песком делают по факту обнаружения гамма-квантов от кремния дополнительно к уже перечисленным. Появление сигналов наглядно проиллюстрировано в таблице.

Пример конкретного использования способа

Длительность облучения составляла 22 с. Измерения проводились в течение облучения и после него, длились 60 секунд. Таким образом, определение среды в одном положении (облучение + измерение) занимало 1 минуту. Облучение производилось быстрыми нейтронами с энергией 14 МэВ. Поток нейтронов составлял 108 нейтрон·секунду-1. В спектре были выделены пики с вершинами 6,14 МэВ и 1,79 МэВ. Перемещение сверху вниз производилось с шагом 10 см.

В качестве модели сепаратора 7 была использована цилиндрическая емкость внутренним диаметром 165 мм. На дно емкости помещена битумно-песчанная смесь, затем вода, затем бензин АИ-80, сверху воздух. Эксперименты показали гарантированное определения слоя среды толщиной 10 см.

Устройство для реализации предложенного способа рассмотрено далее.

Известно устройство подготовки и измерения дебита продукции нефтяных скважин [патент РФ №2415263 МПК E21B 47/10 «Способ подготовки и измерения дебита продукции нефтяных скважин и устройство для его осуществления (варианты)»]. Устройство для подготовки и измерения дебита продукции нефтяных скважин содержит систему эффективного отделения газа из пробы скважинного флюида, систему разделения водонефтяной смеси с выпускной жидкостной линией, имеющей вертикальный мерный участок с двумя датчиками уровня по концам, обеспечивающими определение плотности проходящей жидкости для определения содержания воды в нефти в пробе флюида, с дальнейшим смешиванием всех компонент для определения общего дебита скважины.

Недостатком известного технического решения является необходимость пробоотбора с установкой дополнительных измерительных емкостей, систем перекачки отстоявшегося флюида, емкостей для газа.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство определения фракций фаз текучей среды с использованием рентгеновских лучей, оптимизированное для неосушенного газа [патент РФ №2479835 МПК G01N 23/06 «Устройство и способ определения фракций фаз текучей среды с использованием рентгеновских лучей, оптимизированный для неосушенного газа»]. Устройство для определения фракционных количеств каждой фазы многофазной текучей среды содержит генератор рентгеновского излучения; камеру для образца, выполненную с возможностью приема образца текучей среды для анализа и размещенную на пути выхода излучения из генератора; фильтр, размещенный на пути излучения между выходом генератора и входом излучения камеры для образца, и детектор излучения, установленный на пути проходящих через камеру для образца гамма-квантов. Причем толщину и материал фильтра выбирают для оптимизирования разрешения по излучению, регистрируемому детектором, и так, чтобы сформировать гамма-кванты высокой и низкой энергии. Энергии гамма-квантов формируют для измерений в объемных фракциях нефти и воды в образце текучей среды, когда объемная фракция газа составляет между около 90-100 процентов.

Недостатками данного устройства является неприменимость для определения границ раздела сред в сепараторах сырой нефти при концентрациях газа менее 90%. Неприменимость обусловлена размытием пика в спектре от гамма-квантов высокой энергии и неразличимостью пика от гамма-квантов низкой энергии от фона (слишком плотная среда для гамма-квантов).

Задача изобретения состоит в исключении указанного недостатка, а именно в расширении диапазона концентраций газа при определении границ раздела сред в сепараторах сырой нефти.

Для исключения указанных недостатков в устройстве для определения границ раздела сред в сепараторах сырой нефти, включающем источник облучения сепаратора, блок детектирования гамма-квантов и источники электропитания, предлагается:

- в качестве источника облучения использовать источник быстрых нейтронов;

- дополнительно снабдить устройство блоком детектирования тепловых нейтронов;

- использовать защиту из свинца для экранирования блоков детектирования гамма-квантов и тепловых нейтронов от быстрых нейтронов;

- расположить в одной горизонтальной плоскости с угловым смещением относительно друг друга источник быстрых нейтронов и отделенные свинцовой защитой блоки детектирования гамма-квантов и тепловых нейтронов;

- объединить источник быстрых нейтронов, с отделенными свинцовой защитой блоками детектирования гамма-квантов и тепловых нейтронов, в сканирующую систему;

- установить систему с возможностью фиксации положения и вертикального перемещения относительно внешней поверхности сепаратора;

- подключить комплекс анализа данных к сканирующей системе для анализа спектров и обмена информацией.

Сущность устройства для определения границ раздела сред в сепараторах сырой нефти состоит в следующем.

Блок-схема сканирующей системы и один из вариантов ее исполнения показаны на фигуре 1, а блок-схема одного из вариантов исполнения устройства представлена на фигуре 2, где приняты следующие позиционные обозначения: 1 - блок детектирования гамма-квантов, 2 - блок детектирования тепловых нейтронов, 3 - защита от быстрых нейтронов, 4 - источник быстрых нейтронов, 5 - источники электропитания, 6 - комплекс анализа данных, 7 - сепаратор.

Устройство включает источник быстрых нейтронов 4, защиту от быстрых нейтронов 3, блок детектирования гамма-квантов 1, блок детектирования тепловых нейтронов 2, комплекс анализа данных 6 и источники электропитания 5.

Блок детектирования гамма-квантов 1 и блок детектирования тепловых нейтронов 2 отделены от источника быстрых нейтронов 4 защитой от быстрых нейтронов 3 для экранирования от быстрых нейтронов.

Названные элементы 1, 2, 3, 4 расположены в одной горизонтальной плоскости с угловым смещением относительно друг друга и формируют сканирующую систему.

Блок детектирования гамма-квантов 1 и блок детектирования тепловых нейтронов 2 подключены к комплексу анализа данных 6.

Сканирующая система и комплекс анализа данных 6 подключены к источникам электропитания 5. Расположенная горизонтально сканирующая система установлена с возможностью вертикального перемещения относительно внешней поверхности сепаратора 7.

Пример конкретного устройства.

В качестве блока детектирования гамма-квантов 1 выбран сцинтиблок СНБ.08 - цилиндр кристалла NaJ(Tl) (⌀ 150 мм, высота 100 мм), смонтированный на ФЭУ-173. Рабочее напряжение 880 В. В качестве источника быстрых нейтронов 4 использован нейтронный генератор (дейтрон по тритию). Поток нейтронов - 108 нейтрон/с. Защита от быстрых нейтронов 3 представляет собой пластины из свинца (толщина 10 см). В качестве комплекса анализа данных 6 использован персональный компьютер с АЦП (USB) и комплектом программ.

Режимные параметры, относящиеся к конкретному исполнению устройства, представлены ранее в примере конкретного исполнения способа определения границ раздела сред в сепараторах сырой нефти.

Технический результат - расширение диапазона концентраций газа при определении границ раздела сред в сепараторах сырой нефти.

1. Способ определения границ раздела сред в сепараторах сырой нефти, включающий облучение сепаратора с отстоявшимся скважинным флюидом, регистрацию гамма-квантов и анализ полученных спектров гамма-квантов, отличающийся тем, что при пошаговом перемещении сверху вниз вдоль сепаратора лежащей в горизонтальной плоскости сканирующей системы, состоящей из источника быстрых нейтронов, блоков детектирования гамма-квантов и тепловых нейтронов, облучают сепаратор быстрыми нейтронами в фиксированном положении, дополнительно регистрируют тепловые нейтроны, причем для каждого положения системы анализируют спектр гамма-квантов на наличие двух энергетических пиков 6,13±0,62 МэВ от кислорода и 1,78±0,18 МэВ от кремния, делают заключение о наличии границы газ-нефть по факту регистрации тепловых нейтронов, заключение о наличии границы нефть-вода по факту дополнительного обнаружения гамма-квантов от кислорода, заключение о наличии границы вода-битумы с песком по факту дополнительного обнаружения гамма-квантов от кремния.

2. Устройство для определения границ раздела сред в сепараторах сырой нефти, включающее источник облучения сепаратора, блок детектирования гамма-квантов и источники электропитания, отличающееся тем, что в качестве источника облучения используют источник быстрых нейтронов, устройство дополнительно снабжено блоком детектирования тепловых нейтронов и комплексом анализа данных, причем блок детектирования гамма-квантов и блок детектирования тепловых нейтронов отделены от источника быстрых нейтронов защитой из свинца для экранирования от быстрых нейтронов, блок детектирования гамма-квантов, блок детектирования тепловых нейтронов и источник быстрых нейтронов объединены в сканирующую систему и расположены в одной горизонтальной плоскости с угловым смещением относительно друг друга, сканирующая система установлена с возможностью фиксации положения и вертикального перемещения относительно внешней поверхности сепаратора, а комплекс анализа данных соединен со сканирующей системой для обмена информацией.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники. Способ определения массы кислорода в кислородосодержащем потоке включает облучение кислородосодержащего потока и регистрацию гамма-квантов.

Изобретение относится к области исследований конденсированных сред нейтронами, в частности методики диагностики неоднородного состояния или низкочастотной динамики среды.

Изобретение относится к способу рентгенофазового определения криолитового отношения при электролитическом получении алюминия и может быть использовано при определении состава электролита.

Изобретение относится к рентгено-абсорбционным анализаторам содержания серы в нефти и нефтепродуктах и может быть использовано для измерения концентрации серы в технологических трубопроводах в потоке анализируемой среды.

Использование: для формирования изображения быстропротекающего процесса с помощью протонного излучения. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает ввод протонного пучка, по крайней мере, в один магнитооптический канал, изменение ширины протонного пучка на разные величины, которое осуществляют последовательно в одном и том же магнитооптическом канале, для этого либо после прохождения части протонных сгустков через рассеиватель его удаляют или изменяют толщину, а затем пропускают оставшуюся часть протонных сгустков, либо следующие друг за другом протонные сгустки смещают относительно друг друга с помощью магнитных линз и, используя разнотолщинный рассеиватель, смещенные протонные сгустки пропускают через области рассеивателя с разной толщиной, после прохождения рассеивателя с помощью системы согласующих магнитных линз формируют протонный пучок с параметрами, соответствующими параметрам области исследования и последующей магнитооптической системы формирования протонного изображения, и просвечивают область исследования, пропуская поочередно протонные сгустки различной ширины, при использовании нескольких магнитооптических каналов просвечивание области исследования осуществляют под разными углами, после чего прошедший протонный пучок направляют в магнитооптическую систему формирования протонного изображения, состоящую, по крайней мере, из двух различных по апертуре линзовых систем, апертура каждого набора соответствует протонному пучку определенной ширины, оба набора линз системы формирования теневого протонного изображения размещают последовательно в одном магнитооптическом канале.

Группа изобретений относится к области аналитических исследований и может быть использована в нефтехимической промышленности для качественного и количественного обнаружения полиароматических гетероциклических серосодержащих соединений в нефтепродуктах.
Изобретение относится к области радиационной дефектоскопии изделий, основанной на просвечивании изделий гамма-излучением и регистрации излучения, прошедшего через изделие.

Использование: для оценки фактического состояния и остаточного ресурса эксплуатации трубных изделий энергетического оборудования. Сущность заключается в том, что из трубы, проработавшей в энергетическом оборудовании, подготавливают один образец, а также два эталона из трубы, не бывшей в эксплуатации.
Использование: для контроля технологического процесса кучного выщелачивания урановых руд. Сущность изобретения заключается в том, что определяют количество руды и среднюю массовую долю урана, заложенной в штабель руды для выщелачивания, и сравнивают с количеством урана, извлекаемым в процессе выщелачивания на выходе из штабеля, а в лабораторных условиях моделируют технологический процесс выщелачивания с оценкой ожидаемой скорости фильтрации растворов и степени извлечения урана, при этом в штабель рудной массы укладывают горизонтально трубы-скважины диаметром, обеспечивающим перемещение по ним скважинного каротажного прибора для одновременной регистрации потока мгновенных нейтронов деления, потока рассеянных тепловых нейтронов от импульсного нейтронного источника и интенсивность естественного гамма-излучения, а для получения информации по вертикали штабеля устанавливают вертикальные трубы-скважины такого же диаметра и при этом во всех скважинах не должен скапливаться выщелачивающий раствор, что будет упрощать интерпретацию результатов каротажа.

Использование: для сепарации алмазосодержащих материалов. Сущность изобретения заключается в том, что последовательно пропускают зерна материала перед источником первичного рентгеновского излучения, возбуждают в зерне материала вторичное рентгеновское излучение, регистрируют вторичное рентгеновское излучение и разделяют зерна материала относительно заданного порогового значения критерия разделения, при этом зерна материала облучают в узкоколлимированном пучке рентгеновского излучения, позволяющем снизить уровень фона, детектором рентгеновского излучения проводят одновременную регистрацию флуоресцентного характеристического рентгеновского излучения нескольких элементов и рассеянного от зерна материала рентгеновского излучения, одновременно усиливая возбуждение линий анализируемых ХРИ выбором материала анода рентгеновской трубки и материала коллиматора и специальных фильтров первичного излучения, выделяя полезный минерал по критерию разделения с использованием двухполярной логики И, ИЛИ, где в качестве критерия разделения используют отношение интенсивности флуоресцентного характеристического рентгеновского излучения элементов к интенсивности рассеянного зерном рентгеновского излучения источника и к интенсивности флуоресцентного характеристического рентгеновского излучения материала анода рентгеновской трубки.
Наверх